本書簡明扼要地講述了量子力學的基本概念和基本原理,針對每部分內容都附有若干典型習題的講解。期望通過本書使讀者對量子力學有系統的理解。本書共6章,主要內容包括緒論、波函數和薛定諤方程、量子力學中的力學量、態和力學量的表象、微擾理論、自旋與全同粒子。 本書可作為普通高校物理類本科生的教材或參考書,也可供相關領域的讀者參考。
尤景漢,河南科技大學教務處副處長/教授,河南省物理學會常務理事,洛陽市物理學會常務副理事長。獲河南科技大學教學質量一等獎7次,二等獎2次。參加省級、校級科研和教改課題10多項,其中獲河南省教育廳優秀教學成果一等獎1項,二等獎2項。主編和參編著作7部,發表科研、教研論文50余篇。獲1999年河南省優秀青年教師,2000、2001年洛陽市優秀教師,2005、2007、2009年河南科技大學優秀教師,2009年洛陽市勞動模范。
目 錄第一章 緒論1第一節 經典物理學的困難1一、黑體輻射問題——普朗克公式1二、光電效應問題2三、原子的線狀光譜及規律問題3四、原子結構問題3五、固體與分子的比熱問題3第二節 早期的量子論觀點4一、普朗克量子論4二、愛因斯坦的光量子論4三、玻爾的量子論6四、微觀粒子的波粒二象性8第三節 量子力學的建立9一、海森伯(Heisenberg)的矩陣力學9二、薛定諤(Schr?dinger)的波動力學10習題一10第二章 波函數和薛定諤方程11第一節 波函數的統計解釋11一、微觀粒子的波粒二象性11二、玻恩(Born)對波函數物理意義的統計解釋12三、波函數的歸一化14四、波函數的性質14第二節 態疊加原理16一、態疊加原理16二、態疊加原理實例16三、對態疊加原理的說明18第三節 薛定諤方程19一、自由粒子的薛定諤方程的建立19二、一般力場的薛定諤方程20三、多粒子體系的薛定諤方程21第四節 粒子流密度和粒子數守恒定律21一、概率分布隨時間的變化及連續性方程21二、粒子數、質量、電荷守恒定律22三、波函數的標準條件23四、波函數一般是復數23第五節 定態薛定諤方程24一、不含時薛定諤方程24二、能量本征值和能量本征值方程25三、定態及其特點26四、含時薛定諤方程的一般解26第六節 一維定態的一般性質27第七節 自由粒子本征函數的規格化和箱歸一化30一、自由粒子波函數的規格化30二、本征函數的箱歸一化32第八節 方形勢阱34一、一維無限深勢阱34二、方形勢阱38第九節 線性諧振子44一、參考模型44二、線性諧振子的本征問題45三、結果討論47第十節 勢壘貫穿48一、一維散射現象49二、方程的求解49習題二53第三章 量子力學中的力學量54第一節 算符及其運算規則54一、算符54二、算符的運算規則54三、算符的對易關系57第二節 厄米算符的本征問題60一、厄米算符的本征值必為實數60二、厄米算符本征函數的正交性61三、厄米算符本征函數的完備性65第三節 坐標算符和動量算符65一、坐標算符65二、動量算符66第四節 角動量算符67一、角動量算符67二、角動量算符的本征問題68第五節 共同完備本征函數系 力學量完全集70一、共同完備本征函數系70二、力學量完全集71第六節 力學量的平均值71第七節 展開假定74一、斷續譜的情況74二、連續譜情況76三、簡并的情況76第八節 不確定關系79一、不確定關系79二、不確定關系的物理意義81第九節 電子在庫侖場中的運動83一、粒子在中心力場中的運動83二、電子在庫侖場中的運動85第十節 氫原子問題87一、兩體問題化為單體問題87二、單體方程的解89三、結果討論90第十一節 力學量平均值隨時間的變化 守恒定律94一、力學量的平均值隨時間的變化規律94二、守恒定律94習題三96第四章 態和力學量的表象98第一節 狀態的表象98一、表象98二、坐標表象和動量表象99三、波函數的矩陣表示101第二節 力學量算符和量子力學公式的矩陣表示102一、力學量算符 的矩陣表示102二、量子力學公式的矩陣表示106第三節 幺正變換113一、A表象與B表象的變換關系(基矢變換)114二、力學量 由A表象到B表象的變換115三、波函數 由A表象到B表象的變換116四、幺正變換的重要性質116第四節 狄拉克符號118一、左矢和右矢118二、標量積119三、基矢組120四、算符的狄拉克符號表示121五、本征方程的狄拉克符號表示122六、薛定諤方程的狄拉克符號表示122七、平均值公式的狄拉克符號表示123八、表象變換的狄拉克符號表示123九、對照表124第五節 線性諧振子與占有數表象125一、產生算符和消滅算符125二、粒子數算符126三、 、 對 的作用127四、 的本征解128五、能量本征值及本征態128六、占有數表象(粒子數表象)中 、 、 、 、 、 的矩陣表示130習題四132第五章 微擾理論133第一節 非簡并定態微擾理論133一、一級近似解134二、二級近似解135三、結果討論136第二節 簡并情況下的微擾理論139第三節 變分法145第四節 氦原子基態146一、氦原子體系的哈密頓及本征方程146二、用變分法求解氦原子基態能量147第五節 與時間有關的微擾理論150第六節 躍遷概率153一、常微擾153二、周期性微擾154第七節 光的發射和吸收 選擇定則157一、光的吸收和受激輻射157二、選擇定則158習題五160第六章 自旋與全同粒子162第一節 電子自旋162一、電子自旋的實驗依據162二、電子自旋的特點163第二節 電子的自旋算符和自旋函數164一、自旋算符及其性質164二、自旋算符的矩陣表示165三、自旋波函數166四、電子態函數的普遍形式170第三節 正常塞曼效應173第四節 兩個角動量的耦合175一、兩個角動量的相加(耦合)175二、角動量算符 、 、 、 、 、 之間的對易關系176三、耦合表象與無耦合表象的關系177第五節 全同粒子的特性180一、全同粒子180二、全同性原理181三、全同粒子體系的波函數與哈密頓算符及其特性181四、玻色子(Bosons)和費米子(Fermions)182第六節 全同粒子體系的波函數 泡利原理183一、兩個全同粒子體系的波函數183二、N個全同粒子體系的波函數184三、忽略L-S耦合情況下的體系波函數186第七節 兩個電子的自旋函數188一、單體近似下兩個電子的自旋波函數188二、 、 的本征值188三、討論189習題六192附錄A 基本物理常量193參考文獻194